數字音訊介面 I2S PCM TDM PDM比較

2021-10-25 15:51:18 字數 3433 閱讀 6483

3. 附錄

本文介紹的數字音訊介面全部是硬體介面,是實實在在的物理連線方式,即同乙個pcb板上ic晶元ic晶元之間的通訊協議。

本文內容

不是音訊資料的編碼格式。編碼格式是指模擬訊號數位化的過程。

常見的音訊編碼格式有pcm、pdm,和本文數字音訊介面的名稱相同,請注意區分。

i2s和pcm(tdm)介面傳輸的資料是pcm編碼格式的音訊資料。

pdm介面傳輸的資料是pdm編碼格式的音訊資料。

為直觀的展示,下圖簡單列舉了數字音訊介面硬體接線的一般場景。

i2s協議只定義三根訊號線:時鐘訊號sck、序列資料訊號sd、左右聲道選擇訊號ws。

sck時鐘訊號,serial clock,也可能稱bclk/bit clock或scl/serial clock。

ws左右聲道選擇訊號,word select,也稱幀時鐘,也可能稱lrclk/left right clock。

sd序列資料訊號,serial data,也可能稱sdata、sdin、sdout、dacdat、adcdat等。

bclk和lrclk外,codec經常還需要控制器提供mclk (master clock),這是由codec內部基於delta-sigma (δς)的架構設計要求使然。mclk時鐘頻率一般為取樣頻率的256倍或384倍,具體參考特定器件手冊。

特點:效率高;主要傳輸**;先傳高位再傳低位。

傳輸內容:

pcm編碼後的音訊資料。

工作模式:

根據sdata相對於bclk和lrclk位置的不同,i2s分為三種不同的工作模式,分別為標準i2s模式、左對齊模式和右對齊模式:

i2s phillips standard i2s格式

left justified standard 左對齊格式

right justified standard 右對齊格式

左對齊:資料的msb在lrclk邊沿起第乙個bclk上公升沿,用的比較少。

右對齊:資料的lsb靠左lrclk的上公升沿,sony使用這種格式。

在i2s匯流排上,只能同時存在乙個主裝置和傳送裝置。主裝置可以是傳送裝置,也可以是接收裝置,或是協調傳送裝置和接收裝置的其它控制裝置。在i2s系統中,提供時鐘(bclk和lrclk)的裝置為主裝置。

pcm介面包括四根訊號:

pcm_clk資料時鐘訊號

pcm_sync幀同步時鐘訊號

pcm_in接收資料訊號

pcm_out傳送資料訊號

和i2s介面差不多,pcm介面是4根訊號線,通常用於ap處理器和通訊modem之間傳輸語音資料(就是雙向打**的資料)。

ap處理器和藍芽之間也是通過pcm來傳輸語音資料,打**的藍芽資料走的是pcm,放**的藍芽資料走的是串列埠(不是pcm)。

特點:效率高,多達16路資料;主要傳輸**;先傳高位再傳低位。

傳輸內容:

pcm編碼後的音訊資料。

工作模式:

根據 sd相對幀同步時鐘fsync的位置,tdm分兩種基本模式:

mode a:資料在fsync有效後,bclk的第2個上公升沿有效。

mode b:資料在fsync有效後,bclk的第1個上公升沿有效。

時分復用tdm技術:

i2s只能傳2個聲道的資料,pcm可以傳多達16路資料,採用時分復用的方式,就是tdm(time division multiplexing)。

由此可見,tdm本質上是基於pcm介面的技術,可以用tdm指代pcm。

像現在最流行的語音智慧型音箱的7麥克風矩陣,一般都是用tdm來傳的資料,同時可以傳輸7路麥克風輸入和3路以上的音訊反饋訊號。

pdm介面只有兩根訊號線:

pdm_clk時鐘訊號。

pdm_data資料訊號。

特點:

訊號線數量少,只需兩根;多用於傳輸麥克風錄音;pdm介面傳送端ic設計簡單。

傳輸內容:

pdm編碼後的音訊資料。(不同於i2s介面和pcm介面哦)

在數字麥克風領域,應用最廣的就是pdm介面,其次為i2s介面。

pdm在諸如手機和平板等對於空間限制嚴格的場合有著廣泛的應用前景。

這裡簡單介紹一下音訊資料的編碼格式。編碼格式是指模擬訊號數位化的方法。

本文討論的硬體介面就是用來傳輸數位化的音訊檔案通路。

pcm(pulse code modulation) 是通過等時間隔(即取樣率時鐘週期)取樣將模擬訊號數位化的方法。

pcm使用等間隔取樣方法,將每次取樣的模擬分量幅度表示為n位的數字分量(n = 量化深度),因此pcm方式每次取樣的結果都是n bit字長的資料。

pdm(pulse density modulation)是一種用數碼訊號表示模擬訊號的調製方法。同為將模擬量轉換為數字量的方法。

pdm使用遠高於pcm取樣率的時鐘取樣調製模擬分量,只有1位輸出,要麼為0,要麼為1。因此通過pdm方式表示的數字音訊也被稱為oversampled 1-bit audio。

相比pdm一連串的0和1,pcm的量化結果更為直觀簡單。

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